铁路轮轨润滑新技术

1、铁路轮轨润滑新技术 摘要文章介绍了车载式曲线钢轨干式润滑涂覆技术中干式润滑剂和涂覆装置的研制及其应用后取得的突出效果。 关键词 干式润滑剂 轨道脂 轮轨润滑技术 涂覆装置 1.问题的提出 随着内燃、电力机车的大量上道和铁路向提速、重载方向发展，我国铁路繁忙干线曲线钢轨侧磨呈大幅度上升趋势、轮轨磨损问题日显突出；济南铁路局“九五”期间共换曲线磨耗超限钢轨185km，占全部更换伤损钢轨总数的43.5%，繁忙干线小半径曲线碳素钢轨使用寿命最短才10个月、通过总重70 Mt·km/km，是钢轨正常使用寿命的1/10，稀土轨在我局津浦线R=600m曲线上使用寿命也仅200 Mt·km

2、/km左右，曲线钢轨磨耗超限已成为最主要钢轨伤损形式。因此，应积极研究减少轮轨有害摩擦，延长曲线钢轨使用寿命。 2.钢轨侧磨成因分析 机车车辆在曲线上行使时，导向轮（、动轴外轮）往往存在两点接触，除踏面接触外，外轮缘与外轨的轨距线相互贴靠，导向轮就在这一点上冲击钢轨，钢轨也在该点产生对车轮的导向力；同时，轨轨接触点上的轮对运行方向与轨距线的切线方向形成一个冲角，轮轨之间导向力和冲击角是曲线钢轨侧磨的主要原因。 当轮轨之间存在有导向力时，轮缘与钢轨轨头侧面接触点上的压强很大，当压强超过钢轨的屈服应力，接触点顶部就发生塑性变形，；若此时轮缘与钢轨轨头侧面之间不存在表面膜，两表面接触点将发生粘着；同

3、时车轮滚动时，轮缘在钢轨轨头侧面产生滑动，使接触点的塑性部分和弹性部分的过渡区间就出现变形，形成了钢轨轨头侧面的磨耗。 3 .钢轨干式润滑剂的研究 在轮缘与钢轨轨头侧面之间实施润滑，可以减缓曲线钢轨侧面磨耗，减磨效果取决于附着在钢轨侧面上润滑膜的附着能力、长效性和摩擦系数的大小。通常采用的油脂涂覆钢轨，不仅长效性差、减磨效果不明显、还易产生油楔作用而加速钢轨剥离掉块和道床污染，限制了轮轨润滑技术的推广应用。为此，济南局于1995年开展了“GGR-1型钢轨干式润滑剂及人工涂覆装置”的研究。 3.1 干式润滑剂材料组成及减磨机理 干式润滑剂是一种以界面润滑原理取代油脂流体润滑原理的新型高分子复合润

4、滑材料，主要由主成膜物质（合成树脂、聚合油）、次成膜物质（固体润滑材料）、极压抗磨剂、稀土化合物及高聚物等添加剂组成，它具有很高的抗极压性，且摩擦系数很小，能在摩擦界面间形成干式润滑膜，可以防止金属表面微观凸起穿透润滑膜，隔开摩擦副表面，从而起到减磨作用。 3.2 干式润滑剂室内摩擦性能试验和线上应用对比 在“山东工业大学材料分析测试中心”利用MM200摩擦磨损试验机对干式润滑剂与轨道脂进行了摩擦磨损性能对比试验，试验结果如下： 1、减磨性能对比：同样在980N负载下，通过35 min滑动摩擦试验，采用轨道脂试块磨损率为7.99×10-3mm2/转，而采用干式润滑剂试块磨损率为1.7

5、1×10-3mm2/转；干式润滑剂耐磨损性比轨道脂提高79%。 2、极限负载对比：干式润滑剂在1960N负载下仍未粘着，试块磨痕仅19 mm2，而轨道脂在1568N负载下，由于摩擦系数急剧上升，而停止试验，试块磨痕已达 43.5 mm2。 3、摩擦试块磨痕对比：利用TALYSDRFF4型粗糙度检测仪，对摩擦试块磨痕的粗糙度进行了测量，结果如表1，在相同负载下（980N），轨道脂试块磨痕深度是干式润滑剂的2.4倍。 干式润滑剂与轨道脂摩擦试块磨痕对比润滑剂 负载/N 最大磨痕深度/m 干式润滑剂 980 10 1960 15 轨道脂 980 和线上应用对比 24 1568 41.6 4

6、 摩擦系数对比：在不同的负载下，摩擦系数的平均值：干摩擦为0.43(0980N)，轨道脂为0.12(0980N)，干式润滑剂为0.065(0980N)；干式润滑剂比轨道脂摩擦系数下降46%。在济南局津浦线德州济南间用干式润滑剂进行了小半径曲线润滑试验，每天在曲线钢轨内侧面涂覆一次干式润滑剂，经24小时过车78列，钢轨内侧面上仍有明显的黑色润滑膜；而涂覆油脂，仅过3列车油脂就已磨掉。通过室内和线上试验得出，干式润滑剂与轨道脂相比，具有抗极压性高、附着力强、长效性突出、摩擦系数小、减磨性好、不加速钢轨剥离掉块、不污染道床的综合技术优势，是轮轨润滑材料的发展方向；干式润滑剂荣获“96国家级新产品”称

7、号。 干式润滑剂主要技术指标密度：1.45g/cm3；摩擦系数：0.065，MM200摩擦磨损试验机检测；极限负载：1960N，MM200摩擦磨损试验机检测；工作环境温度：40 +50。 4 车载式曲线钢轨干式润滑涂覆装置的研制 4.1 涂覆装置的研制在部科技司的支持下，“车载式曲线钢轨干式润滑涂覆装置”被列为铁道部科技开发计划，于1997年开展了课题的研究。课题组提出“固-液-固” 涂覆工作原理，即：将干式润滑剂加热熔化为液态，然后通过油泵加压经保温管道输送至喷嘴，喷到曲线钢轨内侧面上,凝固后经车轮碾压形成固态润滑膜，实现减磨。 4.2 涂覆装置主要技术指标适应车辆运行速度140km/h；涂

8、覆量420±20% ml/km（涂覆量根据车速自动控制，特殊区段可加大喷涂量）；干式润滑罐容量18000 ml，一次加料后涂覆长度35km（中途补充干式润滑剂，涂覆长度不受限制）；涂覆装置重量：主机50kg ，附件10kg ；设备安装时间 8min，拆卸时间5min（三人作业）；干式润滑剂熔液工作温度130士10；设备总功率1.5kw；工作环境温度：10 +50。 该项目于2001年通过铁道部组织的科技成果鉴定，被认为在轮轨减磨领域实现重大突破，并获得了2002年山东省科技进步二等奖及“国家重点新产品”称号。 5 .车载式曲线钢轨干式润滑涂覆技术的推广应用 为减缓我局主要干线曲线钢轨

9、磨耗，济南局2001年投资200万元、2002年投资515万元用于推广车载式曲线钢轨干式润滑涂覆技术，对济南局津浦线德州徐州、胶济全线R1000m的曲线进行全面涂覆，根据我局管内津浦线3个工务段9个曲线涂覆观测：未用干式润滑技术涂覆平均侧磨速率为：13.03×10-2 mm/Mt,采用车载式曲线钢轨干式润滑技术涂覆平均侧磨速率为：1.21×10-2mm/Mt、采用干式润滑技术涂覆比未涂覆曲线钢轨侧磨速率平均减缓9.8倍。 津浦下行K423+772k424+719（R=600m）曲线碳素钢轨在未涂覆时使用寿命仅为10个月、月均侧磨1.45mm，该曲线每年仅投入换轨费用就达34

10、万元，而采用车载式曲线钢轨干式润滑技术涂覆后，该条曲线月均侧磨则降为0.1mm，曲线钢轨使用寿命有望与钢轨大修周期保持同步，每年仅需投入涂覆干式润滑剂费用约为 1.6万元，经济效益非常显著。 6 .结论干式润滑剂及配套车载式涂覆装置的研制成功，使轮、轨减磨技术取得突破性进展，给轮轨润滑技术的发展带来了很大变化： 轮轨减磨的研究将由改善轮轨材质为主、轮轨润滑为辅向以轮轨润滑为主、同时采用耐磨材质的方向发展； 轮轨润滑材料将由液态润滑脂向固态润滑剂转变； 轮轨润滑装置将向由车载式涂覆装置取代人工及地面涂油器； 新的轮轨润滑技术将有可能使曲线钢轨使用寿命与钢轨大修周期保持同步；轮轨润滑应用范围将由曲

11、线润滑逐步向道岔、机车轮缘乃至更广的范围方向扩展节能降耗的秘密武器：轮轨固体润滑技术来源：人民铁道网-人民铁道报 作者： 发表时间:2010-11-15 16:00 项目名称轮轨固体润滑技术研究与应用技术简介 在铁路大发展的战略思想指导下，我国铁路运输事业在近几年内得到了快速发展。日新月异的装备现代化和相对滞后的基础设施维护水平逐渐显露出不协调，其中突出的问题就是二者的结合点轮轨关系。随着车速提高、运量加大，轮轨关系的矛盾表现为曲线钢轨磨耗严重、车轮损伤突出。本项目是在国际上首创直接将固体材料涂覆在曲线钢轨侧面而达到润滑目的的综合应用技术。车轮与钢轨之间的摩擦是非常复杂的，既有踏面的滚动摩擦，

12、又有轮缘与轨道侧面的滑动摩擦。就轮轨润滑而言，准确地将润滑剂输送到指定部位是技术的关键。目前，轮轨润滑技术大致分为以下几类：车载轮缘润滑系统；车载钢轨润滑系统；地面钢轨润滑系统；车载轮缘固体润滑技术。润滑剂分为润滑油、润滑脂、油性润滑剂、固体润滑剂。从20世纪60年代开始，我国铁路工务系统一直采用搭载客车尾部的曲线钢轨涂油润滑方式，近十余年来逐渐显现出润滑效果不理想和钢轨涂油过量造成剥离等许多问题。随着客货分离、运量增大，上述问题更加严重。为解决山区小半径曲线钢轨磨损严重问题，中国铁道科学研究院金属及化学研究所与太原铁路局工务处、厦门璐博润滑技术有限公司合作研发的 “固体棒涂抹”润滑方式已通过

13、铁道部技术审查，并在太原铁路局所属主要运煤通道推广应用。这是一种搭载客车尾部的机械系统直接将固体润滑棒涂覆在曲线钢轨侧面的综合应用技术，在国际上首次实现了在普通客车运行速度下，将固体材料直接涂覆在钢轨上。综合技术突破了传统材料附着性差、机械涂覆位置准确性低等一系列技术“瓶颈”，实现了机械、电子、材料、润滑多学科的融合优化。现场应用数据表明，使用此技术后与其他润滑方式比较可减少钢轨磨耗2/3以上，消除了钢轨涂油剥离现象，为减少轮轨磨损提供了有效的技术途径。润滑装置主要包括机械系统和控制系统。日常润滑与传统的涂油管理方式相同，只需将涂油设备更换为固体润滑装置。全套装置重量为16公斤。每天由工人将机

14、械装置安装在预定搭乘的客车尾部转向架上，当日润滑工作完成后拆除带回。熟练工人安装一侧装置需要20秒到30秒，拆卸一侧装置需要10秒到20秒。机械系统包括机械手、机械臂和与车辆连接的连接装置。连接装置有两种形式，一种固定在转向架上侧梁转弯处，一种固定在轴箱簧座上。控制器包括状态指示灯和控制开关，指示灯提示目前机械手工作状态和电源电量。控制开关用于对机械手发出工作指令。控制开关包括电源开关、左右机械手转换开关、润滑棒进退控制开关、涂覆量控制开关。润滑棒是长方体，由表皮和棒芯两部分组成。润滑棒的一面有与送料带吻合的波纹。车载固体润滑涂覆周期与涂油周期相同。涂覆量分高、中、低三档，一般换轨周期在3年左

15、右的区段使用中档涂覆量，每公里曲线涂覆80克到100克。换轨周期在2年以下的磨损严重区段或者夏季轨面温度高于40摄氏度时可使用高档涂覆量，每公里涂覆100到120克。遇到车速低于每小时20公里时可降低一挡涂覆量，遇到车速高于每小时80公里时可提高一挡涂覆量。对于整段线路只有个别曲线磨损严重或者其他不适合车载涂覆的区段，可以采用地面人工涂覆作业。操作者只需携带一根润滑棒，沿轨道行走进入需要润滑的曲线，从直缓点开始，在轨距角位置，每隔大约30米涂3米，继续前行直到曲线终点。技术特点1.轨固体润滑技术采用直接涂覆方式，实现了在正常行车条件下，利用车载装置进行曲线钢轨固体润滑，涂覆位置准确，操作简单，

16、便于控制，系统自带电源，可根据需要调整涂覆量。2.该技术润滑减磨效果显著，与涂油技术相比，可避免因涂油引起的钢轨剥离掉块，减少钢轨侧磨量约2/3，有效延长曲线钢轨的使用寿命。在坡道区段不影响机车牵引和制动。3.覆量小且没有甩带，减少了润滑材料散落，并且选用生物降解材料，降低了对线路及环境的污染程度，减少噪音和车辆震动，利于环保。4.减少机车、车辆车轮磨损。5.低牵引阻力、节省牵引能源消耗。推广应用及社会经济效益情况本项目已经成功应用于太原铁路局所属运煤通道。其中石太、南同蒲、北同蒲、京原线使用车载润滑系统，侯月、大秦线没有客运列车故采用人工涂覆。轮轨固体润滑装置现场应用5年来取得了良好效果，保障了运煤通道的安全畅通。仅对石太线、侯月线、南同蒲线维修换轨统计就节省成本近2000万元，其中还不包括上述线路在此期间运量增加40%而换轨数量没有增加，理论上节省的换轨费用以及降低车轮磨耗和牵引能量消耗而产生的间接经济效益。其他线路应用较晚未作统计。按照目前管理模式，钢轨消耗不计入工务段维修成本，而是采用计划调拨，因此，经济效益